ENERGIAS ALTERNATIVAS

ENERGA SOLAR TRMICA

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA MECNICA ELCTRICA

a energia do dia

CONTENIDO: Introduccin. Energa solar trmica. El colector solar. Conducciones. Almacenamiento: Acumuladores Intercambiadores. Bombas. Aislamiento. Otros elementos. Elaboracin de un proyecto sobre energasolar trmica. Clculo de la superficie colectora. Clculo de los elementos de una instalacin.

ENERGA SOLAR TERMICA

INTRODUCCIN

El uso de la radiacin solar por el hombre como fuente de energa

requerida para la satisfaccin de necesidades diversas es una practica

que tal vez tiene su misma edad. Han transcurrido miles y miles de aos y

el sol sigue tan intenso y seguira asi por algunos millones de aos ms.

La utilidad energtica de la radiacin solar ya no es solo una esperanza o

una posibilidad. Es una realidad que va mucho ms all de la

conveniencia de su uso. Es ahora una nececidad imperiosa para

contribuir con el desarrollo de nuestros pueblos por que su uso no genera

contaminacin ambiental, existe en todos los lugares de la tierra y no se

agotara antes que el hombre desarrollo un sistema global de suministro

energtico limpio y sostenible.

El complemento de esta realidad es la tecnologa uno de cuyos

componentes de importancia singular es el equipamiento o artefacto a

travs del cual esperamos aprovechar esta fuente inagotable de energa

ENERGA SOLAR TERMICA

CONVERSIN DE LA ENERGA SOLAR

Hoy por hoy son muchas y muy variadas las alternativas el uso de laES., la fig., 1 muestra y precisa el marco general de esta opcintecnolgica, dentro de las que se ubican los sistemas trmicos debaja temperatura.

CONVERSIN DE LA ENERGACONVERSIN DE LA ENERGA SOLAR

FOTOTRMICA FOTOQUMICA FOTOVOLTAICA

CALOR ELECTRICIDADALMACENAMIENTO TRMICO

ENERGA QUIMICA

CELDA SOLARCOLECTOR SOLAR

CONVERSINTERMOELCTRICA

MOTOR A CALOR

CONVERSIN TERMOINICA

REACTOR SOLAR

ENERGA SOLAR TERMICA

La energa trmica o calorfica, conocida como calor es unaforma particular de la energa, est relacionado con elmovimiento mas o menos desordenado de las partculasque componen los cuerpos materiales.

Para evaluar la cantidad de energa trmica que un cuerpopuede ser capaz de transferir a otro se introduce elconcepto de temperatura, que es una magnitud asociada acada estado de un cuerpo tal que la igualdad de esta parados cuerpos es condicin necesaria y suficiente para queentre ellos no se produzca en forma natural transferencia deenerga trmica.

El calor se manifiesta, pues, nicamente cuando existe unadiferencia de temperatura entre dos cuerpos, es decir, unadiferencia de su nivel trmico

ENERGA SOLAR TRMICA

COLECTORES SOLARES

EL COLECTOR SOLAR PLANO

CORTE TRANSVERSAL DEL COLECTOR PLANO

Avidro=Aabsoro perdas elevadas

Grande ngulo de aceitao colector estacionrio

Capta radiao directa e difusa

Temperaturas < 50C

COLECTOR SOLAR PLANO DE TUBOS DE VACOTUBOS DE VCUO

Absorvedor em vcuo perdas baixas

Grande ngulo de aceitao colector estacionrio

Capta radiao directa e difusa

Temperaturas > 50C

COLECTORES SOLARES

COLECTORES SOLARES

CONCENTRADOR

Acaptao >> Aabsoro concentrador

ngulo de aceitao ~1 Seguir o Sol

Capta apenas radiao directa

Temperaturas > 200C

COLECTORES SOLARES

COLECTOR PLANO CPC (Concentrador Parablico Composto)

1. Perfil de alumnio anodizado;2. Vedante de borracha E.P.D.M.;3. Isolamento em poliuretano expandido

livre de CFCs; 4. Alheta selectiva em ambas as faces;5. Chapa de poliestireno; 6. Vidro temperado c/ 3 mm de espessura;7. Tubo de cobre 22mm; 8. Alumnio espelhado de alta reflectividade;

COLECTORES SOLARES

vidroabsorvedor

isolamento

caixa

Avidro > Aabsoro Concentrador

ngulo de aceitao amploSegue o Sol

Capta radiao directa e difusa

Temperaturas at 100C

Grelha

menor rea => menor factor de perdas trmicas (w/m2.C)

Superfcie selectiva (ambas as faces)

Coeficiente de emisso muito baixo

Coeficiente de absoro muito elevado

RENDIMIENTO DE COLECTORES

RECTA DE RENDIMENTO

Temp. ambiente = 25C;

Irradiao Global horizontal = 1000 W/m2;

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 125 135 145 155 165 175 185 195

Tfpreto bao s/ cobertura preto bao c/ cobertura

selectivo CPC

piscinas, estufas

AQS, pr-aquecimento industrial

pr-aquecimento industrial, frio

FUNCIONAMIENTO DEL COLECTOR

TIPO DE SISTEMAS SOLARES TRMICOS

Transferncia de energia utilizando a circulao natural do fluido (pela diferena de densidade);

Dispensa sistema de controlo;

Dispensa sistema de bombagem;

Transferncia de energia utilizando a circulao forada (bomba circuladora);

Necessita de sistema de controlo;

Necessita de sistema de bombagem;

INCLINACION DE LOS COLECTORES

CAMPO DE COLECTORES - INCLINAO

Vero

Inverno

Vero (hotis de temporada) Lat - 15

Utilizao Inclinao

Anual (domstico, outra no sazonal) Lat (15 50) 5

Inverno (aquecimento) Lat + 15

POSICIN DE LOS COLECTORES

CAMPO DE COLECTORES - INCLINAO

O posicionamento dos colectores determina a quantidade de radiao solar aproveitvel ao longo do perodo de utilizao anual.

A orientao que maximiza a quantidade de radiao aproveitvel coincide com o Norte geogrfico.

OE

S

N5

N magntico

CAMPO DE COLECTORES - SOMBRAS

Determinao das zonas de sombreamento ao longo do ano:

E

O

S

N

as = -15 50

as = -5

h = 10

ZONAS DE SOMBREAMIENTO

As projeces estereogrficas permitem determinar zonas de sombreamento ao longo do ano:

PROYECCIONES ESTEREOGRFICAS

Puno: lat aprox. 16

-40

35

h < 11

-16 < as < -5

E

N

0

-15

POSICIN DEL SOL

DIAGRAMA SOLAR PARA PUNO

Para conocer cul es la

posicin del sol en cada

instante es necesario y

suficiente conocer cuanto

valen las coordenadas

que la definen como son

su azimut y su altura.

Estos ngulos dependen

de la latitud, la hora y el

da del ao.

CAMPO DE COLECTORES DISTANCIA ENTRE FILAS

A distancia entre filas de colectores deve garantir que s 12:00 horas solares do dia mais desfavorvel (21 de Dezembro) a sombra da aresta superior duma fila tem que projectar-se, no limite, sobre a aresta inferior da fila seguinte.

zh0

d1 d2

d

Lh0 = ( 90 - lat ) - 23.5

d = d1 + d2

Solstcio de Inverno

= z / tan h0 + z / tan b

d = L (sen b / tan h0 + cos b)

POSICIN DEL SOL

ACUMULAO SOLAR

O carcter no permanente do recurso solar torna imprescindvel a utilizao de um equipamento para acumulao da energia recolhida ao longo de um perodo, regra geral, dirio: o depsito, que dever assegurar:

Reduzidas perdas trmicas;

Volume adequado;

Temperatura de utilizao adequada;

Rpida resposta ao consumo;

Boa integrao no edifcio;

Baixo custo;

Longa durao;

Segurana;

TANQUE DE ALMACENAMIENTO

PERMUTADORES DE CALOR

PERMUTADOR DE CAMISA PERMUTADOR DE SERPENTINA

Nas aplicaes relacionadas com a energia solar trmica, recomenda-se uma potncia de permuta de 750 W/m2 de colector.

Apresenta baixa eficcia (0,35);

Utilizado para pequenos volumes;

Apresenta mdia eficcia (0,55);

Utilizado para pequenos e mdios volumes;

INTERCAMBIADOR DE CALOR

PERMUTADOR DE PLACAS Apresenta a maior eficcia (0.75);

Utilizado em mdios/grandes volumes;

So modulveis podendo acrescentar-se placas consoante necessidades futuras;

Na utilizao em piscinas dever escolher-se um permutador de material resistente corroso causada pelo tratamento da gua.

No esquecer que necessitam de isolamento trmico;

Possibilidade de limpeza (placas desmontveis);

Perda de carga mais elevada;

INTERCAMBIADOR DE CALOR

BOMBAS CIRCULADORAS

BOMBAS PARA CIRCULACION FORZADA

CONTROLO

CD

T1

T2

I/O

DT arranque

DT paragem

T1 T2 2 C

T1 T2 5 C

CONTROL DE BOMBA

FLUIDO DO CIRCUITO PRIMRIO

Mistura de gua com anti-congelante;

No txico;

Propriedades anti-corrosivas;

ANTICONGELANTE Y ANTICORROSIVOS

ESQUEMA UNIFILAR

CD

utilizao

1

2

3

4 5

5

5

6

6

7 7

7

7

7

7

8

9

5

ELEMENTOS PARA CIRCULACIN FORZADA

Purgador Solar

ACESSRIOS

Vlvula de corte p/ purgador

Separador de micro-bolhas

Misturadora termosttica

Vlvula de segurana Vlvula de corte com reteno Vaso de expanso

EQUIPOS Y ACCESORIOS

INTRODUCCIN GENERAL

DISEO DEL PERFIL PARA UN COLECTOR

SOLAR PLANO CPC

Colectores de Concentracin

El principio es el de concentrar mediante procedimientospticos, la energa que irradia el sol entra al colectorconcentrador, a travs de una superficie determinada esreflejada, refractada o absorbida por una supercie menor,para luego ser transformada en energa trmica.

La ventaja importante de este